Хроматомембранное генерирование стандартных газовых смесей летучих органических соединений на уровне ppm

Abstract

The regularities of volatile organic compounds standard gas mixtures generation based on the chromate membrane gas extraction of these compounds from the flow of an aqueous solution with a given concentration into the extractant gas stream were considered. It was shown that the chromate membrane gas extraction allowed the generation of water-saturated standard gas mixtures with the predetermined concentrations of volatile organic compounds at the ppm level. The preparation of these gas mixtures is relevant for the analysis's metrological assurance of the moist atmospheric air and exhaled air for the purpose of non-invasive diagnostics. The metrological possibilities of chromate membrane generation of the standard gas mixtures in the mode of complete extraction of the target components from the solution flow into the gas-extractant stream and in the mode of equilibrium saturation of the gas-extractant stream were discussed. The choice of modes depended on the distribution coefficients ( K ) of the target components between the water and gas phases. For the polar compounds with K > 100 (alcohols, ketones) the equilibrium saturation mode was preferable, and for the chlorinated hydrocarbons ( K < 20) the full extraction mode was recommended. The relative error calculated for the two modes did not exceed 7%. The volume of the generated standard gas mixtures with the constant concentration of the target components for 1 liter of the generating solution was from 10 liters to 1000 liters, depending on the distribution coefficients of these components. Compared with the traditional continuous gas extraction from the stationary aqueous solutions, its chromate membrane variant allowed for a 5 to 20-fold increase in the volume of the generated gas mixture without refilling.

Рассмотрены закономерности генерирования стандартных газовых смесей летучих органических соединений на основе хроматомембранной газовой экстракции этих соединений из потока водного раствора с заданной концентрацией в поток газа-экстрагента. Показано, что хроматомембранная газовая экстракция позволяет генерировать насыщенные водяным паром стандартные газовые смеси с заданными концентрациями летучих органических веществ на уровне ppm. Получение подобных газовых смесей актуально для метрологического обеспечения анализа влажного атмосферного воздуха и воздуха, выдыхаемого человеком, с целью неинвазивной диагностики. Обсуждаются метрологические возможности хроматомембранного генерирования стандартных газовых смесей в режиме полного извлечения целевых компонентов из потока раствора в поток газа-экстрагента и в режиме равновесного насыщения последнего. Режим полного извлечения позволяет обойтись без термостатирования при условии постоянства потоков жидкой и газовой фаз через хроматомембранную ячейку. Режим равновесного насыщения, напротив, предусматривает жесткое термостатирование, но при этом не требуется поддерживать постоянными потоки фаз через ячейку. Выбор режима зависит от коэффициентов распределения ( К ) целевых компонентов между водной и газовой фазой. Для полярных соединений, у которых K > 100 (спирты, кетоны), предпочтительнее режим равновесного насыщения, а для хлорированных углеводородов (К < 20) - режим полного извлечения. Рассчитанная по процедуре приготовления относительная погрешность для обоих режимов не превышает 7 %. Объем генерируемых стандартных газовых смесей с постоянной концентрацией целевых компонентов для 1 л генерирующего раствора составляет от 10 л до 1000 л в зависимости от коэффициентов распределения этих компонентов. По своим метрологическим характеристикам хроматомембранные ячейки не уступают парофазным источникам газовых смесей, а по сравнению с традиционной непрерывной газовой экстракцией из неподвижных водных растворов её хроматомембранный вариант позволяет в 5-20 раз увеличить объем генерируемой газовой смеси без перезаполнения.